大寨水库河床帷幕灌浆试验与分析

黄琪

摘要：在工程地质条件复杂、软弱透水层分布范围广、覆盖层较厚等不利条件下，对大寨水库河床段进行现场帷幕灌浆试验。灌浆试验采用地质钻机钻孔，孔口封闭、自上而下分段灌浆工艺。对坝基岩层的可灌性进行探讨，分析了钻孔压水以及灌后的压水试验数据，为下一步了帷幕灌浆施工提供了科学依据。也可为同类工程帷幕灌浆时提供参考意义。

Abstract： On-site curtain grouting test was carried out on the riverbed section of Dazhai Reservoir under the unfavorable conditions of complex engineering geological conditions， wide distribution of weak permeable layer and thick cover layer. The grouting test uses a geological drilling machine to drill holes and applies the closed orifice and the grouting process from top to bottom. The feasibility of the dam foundation rock layer is discussed， and the water pressure test data of the borehole and the water pressure after the irrigation are analyzed， which provides a scientific basis for the curtain grouting construction and can also provide reference for grouting of similar projects.

關键词：帷幕灌浆；大寨水库；效果分析；灌浆方法；单位耗灰量

Key words： curtain grouting； Dazhai Reservoir； effect analysis； grouting method； unit ash consumption

中图分类号：TV62 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）28-0197-03

0 引言

大寨水库位于四川省广元市昭化区大朝乡境内、嘉陵江中上游右岸一级支流孟江沟流域，坝址位于孟江沟与架枧沟交汇处。水库控制集水面积18.2km2，水库正常蓄水位777.00m，相应库容1035万m3，死水位751.00m，死库容76万m3，校核水位778.97m，总库容1163万m3。是一座多年调节水库，为农业灌溉、乡村供水等综合利用的中型水利工程。

1 工程地址条件

拦河大坝采用粉质粘土夹碎砾石心墙石渣坝，根据地勘资料，河床覆盖层厚20～42m。河床主要为粉质粘土夹碎砾石、砂卵砾石、孤块碎石土，厚19～40m，块碎石成分主要为砂岩、砾岩，粒径30～50cm居多，个别达1～2m，含量约占45～55%，孤石成分主要为砾岩，粒径最大达3m。卵砾石夹砂大多表层结构较松散，中下部为稍密～中密层。粉质粘土可塑～硬可塑状态，下伏基岩为J3l1-①之中厚～厚层砂岩与泥质粉砂岩互层。岩层产状N58°E/SE∠10～13°，倾右岸偏下游。

河床坝基孤块石层及强风化岩体属强透水层；弱风化岩体透水率q=10～50Lu，属中等透水层；新鲜岩体属弱透水层，q>5Lu透水带厚度为20～43m。因此坝基存在渗漏和渗透稳定问题。大坝河床基础帷幕线沿防渗墙中心（坝轴线）布置，防渗墙采用C20砼结构，厚1m，下部入岩深度0.5m，上部插入泥岩心墙内部。

2 现场灌浆设计

大寨水库坝基帷幕灌浆设计标准采用透水率值来衡量，要求检查孔连续两段压水透水率值均≤5Lu。试验区孔位布置见图1，布置一排灌浆孔，三序加密，共布置帷幕灌浆孔9个，呈线形布置，灌浆试验孔为铅直孔。

本次灌浆试验的主要目的是：

①研究在破碎带发育的岩层，薄墙混凝土条件下的灌浆工艺措施、施工程序、施工质量。

②通过对检查孔的压水试验，以及钻取防渗墙下部孔段岩芯样本，研究基岩的可灌性，制定适宜的灌浆压力与单位耗灰量，力求帷幕灌浆的经济性与合理性。

③验证、确定灌浆设计方案采用的孔排距布置，灌浆深度，灌浆材料，钻灌参数，等有关设计参数，为灌浆优化和整体基础帷幕灌浆实施提供依据。

3 帷幕灌浆试验

3.1 施工工艺

本次灌浆试验是根据大寨水库地勘资料中地层岩性、地质条件和国内已建类似水利工程的实践，采用常用施工方法：孔口封闭、自上而下的分段孔内循环灌浆法，当段内吃浆率过大时，控制注入率，间歇性灌浆，待凝等措施控制灌注范围。施工工艺流程图如图2所示。帷幕灌浆孔按分序加密原则逐序进行施工，先施工Ⅰ序孔，其次施工II序孔，最后施工Ⅲ序孔。

3.2 施工方法

3.2.1 钻孔

钻孔采用XY-1B回转式地质钻机，合金和金钢石钻头钻进，穿透覆盖层（拟建防渗墙）段采用？准91mm钻头开孔，当穿透覆盖层后，对已钻取覆盖层段下入套管，覆盖层以下换为？准75mm钻头至终孔。各钻孔段奇数段采用测斜仪测量各段孔斜度，保证成孔质量。

3.2.2 裂隙冲洗及洗孔

各灌浆段在钻进到设计段长后，利用灌浆栓塞通入80%灌浆压力（最大不超过1MPa）的有压水流对孔内沉渣和裂隙进行冲洗，肉眼观测返水无沉渣为止，冲洗时间不宜超过20min，冲洗结束之后，孔内岩粉沉淀厚度不大于 20cm[1]。

3.2.3 压水试验

各孔段在孔壁和裂隙冲洗完毕之后须做压水试验，以了解原始地层的透水性，压水试验采用单点法分段简易压水试验[2]。压力采用灌浆压力的80%。分段简易压水试验，不论岩层透水量大小，均以5min为时间段测记该时段内的平均压入流量与压水压力，连续试验20min即可结束，取最终值作为计算的流量与压力，并计算该拟灌段的原始地层透水吕荣值[3]。

3.2.4灌浆

本工程帷幕灌浆试验采用自上而下分段孔口封闭法，配备灌浆自动记录仪进行记录，结合安装在孔口回浆管路上的压力表核对记录仪的的准确性。

一般在保证防渗墙允许的抬动变形的条件下尽快达到设计的灌浆压力。当因孔段内岩体破碎、裂隙发育而导致吸浆流量过大时，应采取限压限流措施，分级升压，从而控制耗浆量，采取低压限流宜控制灌入流量为30～35L/min为佳，避免在大压力大吸浆率下，浆液扩散范围过远而造成水泥等材料的浪费，以及长时间达不到灌浆结束标准而诱发孔内事故的发生[4]。各孔段灌浆使用压力见表1。

3.2.5 水灰比

配置浆液浓度遵循由稀到浓的原则，使用水灰比（比重）为5：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等五个比级，开灌水灰比采用为5：1。

浆液浓度变换应遵循以下原则：

①当灌浆压力保持不变，孔段裂隙吸浆率持续减少时，或当吸浆率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比[5]；

②当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和吸浆率均无改变或改变不显著时，应改浓一级[5]。对于“显著改变”，在本试验中量化为“吸浆率约为初始吸浆率的70%”；

③当吸浆率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓[5]。

3.2.6 帷幕孔终孔与封孔

防渗墙下各帷幕灌浆孔孔深拟定为45m且透水吕荣值？燮5Lu时，方可终孔，否则钻孔应继续加深，直至达到终孔标准？燮5Lu时为止，无论该段透水率大小，必须对已钻段灌至结束标准[6]。各帷幕灌浆孔终孔段灌浆结束之后，对验收合格的灌浆孔将进行封孔，采用？准25mm射浆铁管插入孔底，向孔内压入0.5：1的浓浆，浓浆比重较大，会逐渐由沉积至孔底，并置换出孔内积水，一直置换到孔口冒浓浆为止，并间歇20min后，再同种方法将剩余孔段全部回填完毕为止。

4 帷幕灌浆试验效果分析

4.1单位耗灰量与孔序之间的关系

帷幕灌浆试验孔的单位耗灰量见表2。

由表2可得出：随着孔序的逐次加密，各次序孔的单位耗灰量呈现递减趋势，尤其以Ⅱ序的更为明显。Ⅱ序孔的单位耗灰量较Ⅰ序孔的单位耗灰量递减28.14%。Ⅰ序孔因河床覆盖层（防渗墙层）以下裂隙发育、结构松散，注入浆液随裂隙扩散至四周，故单位耗灰量最大；Ⅱ序、Ⅲ序孔单位耗灰量均小于Ⅰ序孔，是因为Ⅰ序孔灌浆时已对下部较大破碎带与裂隙进行充填，而Ⅱ序孔灌注时，部分灌注范围内的大部分裂隙已被Ⅰ序灌注时充填，故耗灰量减少，符合灌浆规律。

4.2 灌前压水成果分析

试验区灌前透水吕荣频率值见表3，从表3可以得出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔透水率≤5Lu（1Lu=1L·min-1·MPa-1·m-1）的孔段累计频率分别为0.33、0.42、0.46。频率值随着孔序的加密而逐渐提高，而各序试验孔整孔平均透水吕荣值分别为29.60Lu、19.78Lu、16.26Lu，随着孔序的加密而降低，符合基础帷幕灌浆的一般规律。

4.3检查孔压水试验成果分析

试验区灌浆孔全部灌注结束后，在试验区内共布置了两个检查压水孔J-1与J-2，检查孔逐段采用单点法进行压水试验，压力按灌浆压力80%控制（最大不超过1MPa），J-1孔位于13#与14#孔之间，孔深45m；J-2孔位于17#与18#孔之间，孔深45m。壓水试验结果见表4。全部6段次的压水实验中，各段次的透水吕荣值均小于设计值5Lu，最大透水吕荣值为3.4Lu，其中最小透水吕荣值为0.2Lu。通过对检查孔的压水实验成果分析，采用试验区布孔形式和灌浆参数，灌浆帷幕的防渗能力能够达到设计标准（透水吕荣值≤5Lu）。

通过表4检查孔压水透水吕荣值与表3帷幕孔压水透水吕荣值的比较，可以得出如下结论：

①灌浆前代表原始地层的Ⅰ序孔透水吕荣值小于5Lu的段数累计频率为0.33，而灌后检查孔透水吕荣值小于5Lu的段数累计频率达到100%，经灌浆后，大坝基础地层的渗透性显著下降。

②灌前地层裂隙发育，各段透水性离散程度较大，经过帷幕灌浆处理后，地层透水性较为一致，形成防渗性均匀的抗渗帷幕。

4.4 检查孔芯样检查

检查孔J-1与J-2钻进过程中，对钻取芯样测试，测得已灌浆段的垂直渗透系数为4.62×10-5m·s-1，抗渗破坏压力为2.8MPa。从试验结果可以得出，采用普通水泥灌浆的方式使砂浆可以填充地层破碎孔隙，而形成密实、稳定的抗渗体，可以满足坝基绕坝抗渗要求。

5 结论

①试验表明，试验中所用的施工方法、帷幕孔布置形式及灌浆参数，可将防水帷幕的抗渗能力提高到透水吕荣值≤5Lu的设计标准。

②本次试验采用较为经济的自上而下分段灌浆法，也能达到良好灌浆效果，可有效控制单位耗灰量，节省投资。

③通过试验可进一步分析基础岩层的可灌性与耗灰量，为下一步的正式开展灌浆工作提供指导依据，为制定合理的资源配置、工效、工期等提供了依据。

大寨水库帷幕灌浆试验部位位于坝基防渗墙底部，经灌浆处理后，坝基基础的综合透水吕荣值≤5Lu，试验预期效果，效果良好，可为其他类似工程提供参考意义。

参考文献：

[1]李俊峰.金平水电站气垫式调压室无盖重固结灌浆试验研究[J].工程技术研究，2016（7）：1-2.

[2]杨良权，李波，雷安平，等.南水北调大宁调蓄水库帷幕灌浆试验与分析[J].水利水电技术，2013，44（1）：73-78.

[3]吴洪波.墙幕结合在深厚覆盖层中的应用[D].中南大学，2011.

[4]颜硕.基岩帷幕灌浆工艺的应用及效果分析[J].北京水务，2011（6）：35-37.

[5]SL62-2014，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[6]章进，侯七.糯扎渡电站厂区帷幕灌浆施工工艺[J].科技传播，2012（21）：185-186.